細(xì)砂及粘土改良施工方法效益

一、前言
我國(guó)*條高速鐵路秦沈客運(yùn)專線東段（凌海---沈陽）A13~A22標(biāo)取土土源J大多數(shù)為粉粘土和細(xì)砂，由于這種粉粘土粘粒較少，細(xì)砂又粒徑單一、顆粒均勻、J配不良，因而填筑時(shí)均達(dá)不到《秦沈客運(yùn)專線鐵路路基施工技術(shù)細(xì)則》中對(duì)細(xì)粒土（粉粘土）和粗粒土（細(xì)砂）的填筑技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)要求，此問題引起了鐵道部工管中心，秦沈工程指揮部和鐵三院的高度重視，決定由鐵一局和鐵三院共同成立“秦沈東段填料試驗(yàn)組”會(huì)同現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理對(duì)該類粉粘土和細(xì)砂進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月的室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)的模擬填筑試驗(yàn)，經(jīng)過鐵道部有關(guān)專家對(duì)試驗(yàn)結(jié)果多次召開專題會(huì)議，認(rèn)真分析和論證，**后確定該類粉粘土摻中粗砂進(jìn)行改良（路基本體摻20%，基床底層摻25%）細(xì)砂摻圓礫進(jìn)行改良（50%：50%），并在東段付諸實(shí)施，解決了秦沈線東部填料填筑的一大難題，得到了鐵道部工程管理中心，秦沈總指的高度評(píng)價(jià)。該成果被中鐵一局集團(tuán)公司評(píng)為2001年度科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。并被鐵道部寫入“秦沈線施工技術(shù)總結(jié)”和京滬線路基施工有關(guān)規(guī)則。

二、工法特點(diǎn)
1.比遠(yuǎn)運(yùn)山皮石進(jìn)行碾壓，J配易控制，且易碾壓成型，進(jìn)度快。
2.比其它類化學(xué)改良（摻粉煤灰、白灰、水泥、固化劑等）工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)低，無污染。
3.改良細(xì)砂基本不需晾曬，小雨天仍可施工；粉粘土摻中粗砂改良后水分易揮發(fā)，雨后稍加晾曬即可施工。
4.改良后的粉粘土及細(xì)砂施工質(zhì)量好，不但可滿足路基本體，尚可滿足基床底層的填筑技術(shù)指標(biāo)要求。

三、適用范圍
該工法適用于那種由于顆粒粒徑均勻單一，J配不良的細(xì)砂或粘性顆粒（<0.005mm）過少，J配單一的粉粘土，二者經(jīng)物理改良（摻加粗砂或圓礫）后的填筑施工。改良后的粉粘土和細(xì)砂可用于鐵路路基本體和基床底層的填筑。

四、工藝原理
1.孔隙率較大的細(xì)砂，均勻地?fù)饺雸A礫后，在外力（擊實(shí)力或碾壓力）的作用下，圓礫顆粒間的勢(shì)能不斷減小，顆粒不斷靠近，直至孔隙**小，而在此過程中，細(xì)砂也在力的作用下，同時(shí)不斷填充圓礫顆粒間的不斷減小的空間，因而整體孔隙率大大減小。由比原細(xì)砂顆粒大得多的圓礫顆粒形成骨架網(wǎng)絡(luò)，原來松散的細(xì)砂被不斷填充和“分割”在圓礫顆粒間的孔隙內(nèi)，因而增大了摩阻，也增加了穩(wěn)定。
⒉填料中的細(xì)粒土（粉粘土等）的力學(xué)性質(zhì)主要與粘性顆粒（<0.005mm）的粘結(jié)，大小顆粒的嵌鎖及顆粒間的摩擦力有關(guān)，加入中粗砂后雖沒有增加粘性顆粒，但改善了顆粒J配，比粉粘土顆粒大的多的中粗砂顆粒同時(shí)形成骨架，因而改善了該類粉粘土的力學(xué)性質(zhì)。

五、機(jī)具設(shè)備
該粉粘土摻中粗砂水分揮發(fā)，細(xì)砂摻圓礫滲水快，因而強(qiáng)調(diào)各工序緊密銜接和快速施工，應(yīng)以大功率，重型機(jī)械為主。
按每天完成一個(gè)施工段落（一般為400m左右）所需的施工機(jī)械為：
表2   一個(gè)施工段落用主要機(jī)械設(shè)備

六、勞動(dòng)組織
表3  每班施工勞動(dòng)組織

七、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及控制
見表4、表5。
表4   質(zhì)量控制項(xiàng)目，頻率及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

表5  填筑路堤質(zhì)量及檢測(cè)要求

八、安全措施
1.所有機(jī)械司機(jī)和參與施工人員均須進(jìn)行施工工藝的培訓(xùn)，合格后方才允許上崗。
2.按工藝規(guī)定的區(qū)段進(jìn)行施工，劃分各類機(jī)械作業(yè)區(qū)段和機(jī)械、汽車行駛路線，設(shè)立明確警示牌，防止相互干擾及發(fā)生事故。
3.施工便道應(yīng)保持暢通，經(jīng)常灑水，防止粉塵污染環(huán)境。
九、效益分析
1.附近均無合格土源，而山皮石需從80km之外遠(yuǎn)運(yùn)，且量少，不能滿足需要，山皮石難以控制，運(yùn)來后碾壓困難，較難達(dá)到秦沈線對(duì)粗粒土孔隙率要求。而改良粉粘土和細(xì)砂可就近取材，易碾壓成形，施工進(jìn)度快，質(zhì)量好，能保證工期、質(zhì)量和路基填筑所需方量要求。
2.單純從單價(jià)分析，改良粉粘土比運(yùn)山皮石每方可節(jié)約造價(jià)至少26元，改良細(xì)砂每方可節(jié)約造價(jià)至少21元，不包括其它標(biāo)段，J中鐵一局范圍改良粉粘土286.7萬m3，改良細(xì)砂179.7萬m3，共節(jié)約造價(jià)26元×286.7萬+21元×179.7萬=11227.9萬元，效益十分可觀。
3.充分利用當(dāng)?shù)鼗膷?、砂丘、河灘取土，將這些改造成不少平展的農(nóng)田、魚塘，推動(dòng)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，加強(qiáng)了路地關(guān)系，這間接的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也是巨大的。
4.鐵道部各J*多次到中鐵一局指導(dǎo)，都對(duì)改良方案和路基質(zhì)量給予了高度評(píng)價(jià)，他們講“中鐵一局就東部填料問題連續(xù)進(jìn)行了上百次試驗(yàn)，積累了豐富的技術(shù)參數(shù)，**后選定了合理的改良方案，為秦沈線建設(shè)解決了一大技術(shù)難題，也為確保工期贏得了時(shí)間”這種社會(huì)效益也是巨大的。
十、工程實(shí)例
1999年6月中鐵一局即開始承建秦沈客運(yùn)專線A19、A20標(biāo)段施工(DK340+000~DK385+000)全長(zhǎng)45km，沿線為遼寧省主要糧食產(chǎn)地，90%為農(nóng)田，溝渠密集，表水發(fā)育，取土十分困難，A19標(biāo)全部取土場(chǎng)為力學(xué)性質(zhì)不良的粉粘土，A20標(biāo)部分為該類粉粘土，其余均為顆粒均勻、J配不良的細(xì)砂，經(jīng)多方尋找，附近均無再合適的土源，只有遠(yuǎn)運(yùn)山皮石，量小且價(jià)格昂貴，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，經(jīng)鐵道部*及專家多次研究確認(rèn)后，我們采用本工法對(duì)粉粘土進(jìn)行摻中粗砂（路基本體摻20%，基床底層摻25%）細(xì)砂摻圓礫進(jìn)行改良（50%：50%），進(jìn)行路基填筑，改良后的粉粘土及細(xì)砂力學(xué)性質(zhì)大大改善，不但可以進(jìn)行路基本體，而且都可以進(jìn)行基床底層填筑，從2000年3月正式開始填筑到2001年6月即全部填筑完畢，J中鐵一局改良粉粘土填筑數(shù)量為286.7萬m3,改良細(xì)砂土填筑數(shù)量179.7萬m3,填筑速度快質(zhì)量?jī)?yōu)良，保證了工期，降低了造價(jià)，經(jīng)鐵道部多次組織檢查以及鐵科院等單位檢驗(yàn)，路基質(zhì)量全線全優(yōu)，得到了鐵道部高度贊揚(yáng)，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。